Способ автоматического регулирования длины дуги при сварке плавлением (его варианты)

 

1-Способ автоматического р&гулировачия длины дуги при сварке плавлением путем регистрации интен сивности спектра излучения электронов , вццеленншс из светового потока , излучаемого сварочной дугой, с последующим использованием результата регистрации в виде функции автоматического рэгулирования, . отличающийся тем, что, с целью улучшения качества сварки путем повьляения чувствительности и точности регулирования, дополнительно выделяют область спектра излучения металла изделия/ выделенные области регистрируют раздельно, сравнивают между собой и изменяет длину дуги до Получения равенства интенсивностей излучения свободных элект юнов и металпа изделия . 2, Способ автоматического регулирования дайны дуги при сварке плав лением путем регистрации интенсивности спектра излучения электронов,, выделенных из светового потока, излучаемого сварочной дугой, с последующим использованием результата регистрации в виде функции автоматического регулирования, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества сварки путем поаышения чувствительности и точности регулирования, дополнительно вы (Л деляют область спектра излучения металла изделия и бьщеленныз области регистрируют одновременно, при этом величину дугового промежутка колеблют с амплитудой 6,05-0,3 мм ct с и частотой 1-1000 Гц, определяют, знак производной функции изменения интенсивности излучения вьщеленной обл.1сти отизменёния дляны дуги и в случае отрицательного знака о I длину дуги увеличивают, а в случае м положительного - уменьшают.. СП ел 4; .2 .1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(5ПВ 23 К 810 и

1 т

Ц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ р (i

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ, (21) 3495987/25-27 (22) 04 .10. 82 (46) 30.12. 83, Бюл.9 48-, (72) В .А.Зиноградов (53) 621.791, 75(0888 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 429911, кл.8 23 К 9/10, 1973..

2 . Патент США В 3262006, кл 314-63, 1966.

3- Авторское свидетельство СССР

В 561641, кл, В 23 К 9/10, 1977 (прототип); (54) СПОСОБ ABTONATH×ÅÑÊÎÃÎ РЕГУЛИ-

РОВАНИЯ ДЛИНЫ ДУГИ ПРИ CBAPKE ПЭЖВЛЕНИЬИ (ИГО ВАРИАНТЫ). (57) 1-Способ автоматического регулирования длины дуги при сварке плавлением путем регистрации интен». сивности спектра излучения электровыделенньк из светового потока, излучаемого сварочной дугой, с последующим использованием ре- . зультата регистрации в виде функ-" ции автоматического регулирования, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества сварки путем повышения чувствительности и точности регулирования, дополни-. тельно выделяют область спектра излучения металла иэделия, ващелен„„SU„„1063554 А ные области регистрируют раздельно, сравнивают между собой и изменяют длину дуги до получения равенства интенсивностей излучения свободных элект онов и металла иэделия, 2, Способ автоматического регулирования длины дуги при сварке плавлением путем регистрации интенсив. ности спектра излучения электронов „ выделенных из светового потока, излучаемого сварочной дугой, с последующим использованием результата регистрации в виде функции автоматического регулирования, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения качества сварки путем ноэышения чувствительности н точнос- g ти регулирования, дополнительно выделяют .область спектра излучения металла изделия и йыделенные области региотрируит одновременно, при этом величину дугового промежутка колеблют с амплитудой 0,05-0, 3 мм и частотой 1-1000 Гц, определяют. знак производной функции изменения интенсивносги излучения выделенной .области от..из аенения длины дуги СР и в случае отрицательного знака, длину дуги увеличивают, а в случае положительного — уменьшают. СЮ

С

1063554

Изобретение относится к автоматизации процесса дуговой сварки, в частности к способам автоматического регулирования длины дугового промежутка, и может найти применение преимущественно при сварке неплавя- 5 .щимся электродом в среде защитных газов в любой отрасли народного хозяйства .

Известен способ автоматического регулировг ия длины дуги при свар- 10 ке плавлением путем регистрации интенсивности светового потока из эоны сварки с последующим использованием результата регистрации в виде функции автоматического регулирования (1 .

К недостаткам этого устройства относится низкая точность из-за того, что на .фотоприемник попадает излучение не только сварочной дуги, но и сварочной ванны, размеры которой в ходе сварки могут существенно изменяться, Известен способ регулирования длины дуги, согласно которому из общего излучения дуги выделяют либо ультрафиолетовую, либо инфракрасную область, интенсивность излучения которых преобразуют фотоприемником, а управляющим воздействием на длину дуги является функция этого сигнала (2),30

Известный способ не может обеспе-, чить регулирование длины коротких дуг, так как зависимОсть интенсивности излучения используемых областей от длины дуги отличается существенной нелинейностью при дяине дуги менее 1 мм .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ авто«4 матического регулирования длины дуги при сварке плавлением путем регистрации интенсивности светового потока излучения сварочной дуги с последующим использованием результата регистрации в виде функции автоматического регулирования, согласно которому из светового потока выделяют область излучения электронов и линий защитной атмосферы, Спо.соб обладает высокой точностью и 50 универсальностью, особенно при сварке малых толщин j3).

Однако в процессе сварки, когда происходит изменение геометрических и эмиссионных характеристик электр - 55 да, известный способ не может обеспечить высокой стабилизации средней плотности тока в анодном пятне, что плохо сказывается на качестве сварки. 60

Цель изобретения - улучшение качества сварки путем повышения чувствительности и точности регулирования з а счет стабилизации требуемой. средней плотности энергии нагрева пятна. б5

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического регулирования длины дуги при сварке плавлением путем регистрации интенсивности спектроизлучения электронов, выделенных из светового потока, излучаемого сварочной дугой, с последующим использованием результата регистрации в виде функции автоматического регулирования, дополнительно выделяют область спектра излучения металла изделия, выделенные области регистрируют раздельно, сравнивают между собой и Изменяют длину дуги до получения равенства интенсивностей излучения свободных . электронов и металла изделия.

Согласно второму вариантув способе автоматического регулирования длины дуги при сварке плавлением путем регистрации интенсивности спектра излучения электронов, выделенных из светового потока, излучаемого сварочной дугой, с последующим использованием результата регистрации в виде функции автоматического регулирования, дополнительно выделяют область спектра излучения металла изделия и выделенные области регистрируют одновременно, при этом величину дугового промежутка колеблют с. амплитудой 0,05-0,3 мм и частотой

1-1000 Гц, определяют знак производной функции изменения интенсивности излучения выделенной области от изменения длины дуги и в случае отрицательного знака длину дуги увеличивают, а в случае положительногоуменьшают, 1

Дополнительное выделение области спектра излучения металла изделия повышает чувствительность регулирования, так как позволяет получить информацию об испарении металла изделия, которое пропорционально средней плотности энергии в пятне нагрева . Регистрируя выделенные области спектра раздельно и сравни вая между собой, дополнительно повышают чувствительность способа за счет улучшения помехоэащищенности. Добиваясь при этом равенства интенсивностей излучения свободных электронов и металла изделия, стабилизируют состав плазмы сварочной дуги, обеспечивая тем самым требуемую среднюю плотность энергии в пятне нагрева и стабилизируя геометрические параметры шва, что обеспечивает высокое качество сварки.

По второму варианту, который предполагает, одновременную регистрацию выделенных областей спектра свободных электронов и металла asделия, для обеспечения стабильного состава плазма дуги дуговой промежуток колеблют с амплитудой 0,05-0,3 мм

1063554 и частотой 1-1000 Гц для определе" ния знака производной функции изменения интенсивности излучения выделенной области от изменения дли ны дуги.

На фиг 1 показана принципиальная схема устройства для осуществления первого варианта предлагаемого способа; на фиг 2 — кривые зависимости изменения интенсивности различных спектральных диапазонов от длины ."Р дугового промежутка; на фиг 3 — принципиальная схема устройства для осуществления второго варианта предлагаемого,способа; на фиг .4. - кривые изменения суммарной интенсивности ли- 15 ний металла изделия из свободных электродов в дуге при различных эмис сионных характеристиках катода.

Способ по первому варианту осуществляется следующим образом.

С помощью фотоэлектрического спектрального датчика 1 выделяют из излучения дуги спектральный диапазон, содержащий излучение свободных элект,ронов и регистрируют его интенсивность. 25

Одновременно с помощью фотоэлектрического спектрального датчика 2 выделяют одну или несколько спектральных линий металла, присутствую- . щего в сварочной ванне, и регистрируют их интенсивность, В зависимости от длины дугового промежутка интенсивность излучения свободных электронов соответствует кривой 8, а интенсивность излучения:линий метал.ла — семейством кривых 9 Интенсивность выделенных областей сравнива; ,ют между собой в блоке 3 сравнения и сигнал подают в усилитель 4 и далее на исполнительный механизм 5.

Если интенсивность спектра свобод- 40 ных электронов выше интенсивности спектра металлов, длину .дуги увеличивают, поднимая горелку 6 с помощью исполнительного механизмы .5.

Если интенсивность спектра сво- 45 бодных электронов ниже спектра излучения металлов, длину дуги увеличивают, т .е . добиваются равенства сигналов спектральных интенсивностей, устанавливая оптимальную длину 7 дуги, которая соответствует пересечению кривйх 8 и 9 .

Согласно второму варианту спбсоб осуществляется следующим образом

С помощью фотоэлектрического спектрального датчика 10 иэ свето" вого потока, излучаемого дугой вы-. деляют и регистрируют совместно интенсивность спектрального диапазона, содержащего линии излучения металла иэделия и свободных элект- @ ронов, С помощью генератора 11. вертикальных колебаний обеспечивают вертикальные колебания сварочной горелки 7 и соответственно колебания длины дугового промежутка с 65 амплитудой в диапазоне 0,05-0,3 мм и с частотой 1-1000 Гц. Соответственно возникают колебания интенсивности спектрального диапазона, регистрируемые спектральным датчикомм 1 О, с помощью селек тив н or o усилителя 4 эти колебания выделяют- ся из общего сигнала усилителя. Затем с помощью синхронного детектора 12 определяют знак производной функции изменения интенсивности от длины дуги, сравнивая фазы сигналов с генератора 11 и селективного усилителя 4. В зависимости от длины дуги интенсивность излучения изменяется в соответствии с семейством кривых 13. В случае, если производная положительная (восходящие ветви семейства кривых 13), уменьшают длину дуги, опуская с помощью исполнительного механизма 5 горелку 6, в случае, если производная отрицательная (исходящие ветви семейства кривых 13), увеличивают длину дуги, устанавливая оптимальную длину 7 дугового промежутка, при которой производная будет равна нулю, 1

Амплитуда колебаний менее 0,05 мм не позволяет получить четкое изменение сигнала интенсивности и определить знак производной,. При амплитуде более 0,3 мм снижается стабильность глубины провара, Частота менее 1 Гц не обеспечивает быстродействия регулирования, частота более 1000 Гц не осуществима при современных габаритах и весе св арочных горелок .

В обоих вариантах способа обеспечивается постоянное соотношение между концентрацией свободных электронов и концентрацией атомов металлов иэделия, испаряемых в дугу с поверхности анодного пятна Поскольку количество испаряемого металла проl порционально плотности энергии, способ позволяет стабилизировать плот" ность энергии в пятне нагрева и тем самым повысить стабильность геометрических размеров сварных швов и их качество независимо от изменения геометрических параметров электрода и ухудшения его эмиссионных харак-. теристик.

Первый вариант способа требует применения в качестве датчика как минимум двух канальных спектральных приборов, обладающих большими габаритами .и сравнительно высокой стоимостью, но позволяющих легко перестраивать его для контроля процесса сварки металлов самого раэлич" ного состава. Его целесообразно и пользовать на сложньк универсальных сварочных машинах, предназначенных для сварки широкой номенклатуры изделий.

106 3554

Второй вариант способа может быть применен с простыми переносными спектральными приборами и даже с узкополосными интерференционными светофильтрами малых габаритов и . низкой. стойкости. Эти приборы тяжелоо перенастраивать с одного спектрального диапазОна на другой и поэтому нельзя использовать при.смеНе свариваемых материалов. Второй вариант целесообразно использовать на оборудовании для сварки однотипных изделий.

Пример. Испытания способа проводятся на специальном стенде, в состав которого входит стационар- 15 ная сварочная установка, состоящая иэ источника питания, сварочной дуги

ТИР-300 ДМ, вращателя и сварочной горелки с механизмом ее вертикального перемещения, а также спектрографа

ДФС-8 со специальной приставкой, имеющей две регулируемые выходные щели и два фотоумножителя, Передача излучения сварочной дуги на входную щель спектрографа осуществляется с помощью световода. При первом saрианте способа с помощью первой входной щели выделяется диапазон спектра

5180-5200 А, содержащий излучение свободных электронов, с помощью второй щели выделяется участок спектра

5204-5208 A содержащий три линии хрома . Сварка прОводится на трубча- тых образцах Ф 55 2 мм из стали

12Х18Н10Т . В качестве возмущающего воздействия используются электроды 35 с различным углом заточки 15, 45 и 90 Установка длины дуги после смены электрода выполняется путем выравнивания интенсивности вышеуказанн-, ыхх областей спектра. Исследования поперечных шлифов сварных швов показывают, что отклонение по глубине провара не превышает 5%, При использовании способа регулирования длины дуги, взятого за базовый объект, которым является прототип, колебания глубины проплавления достигают 20%.

При испытании второго варианта способа используется однокамерный датчик, выделяющий область спектра

5195-5215 А, которая содержит как излучение свободных электронов, так и атомов хрома (линия 5204, 5206 и 5208 A), Оба варианта способа позволяют получить практически одинаковое улучшение качества .

Применение способа при сварке продольных швов обечаек У=0,4 мм для формовки сильфонов позволяет получить экономию эа счет сокращения брака 3435 руб.в течение года, Для осуществления первого варианта способа необходим спектрограф типа ДФС-8 стоимостью около 3000 руб„ и окупаемость затрат составляет один год .

Для осуществления второго варианта достаточен интерференционный фильтр с максимумом пропускания

М„,,„=4 2 54 А и полуширин ой пропусканйя 4Л 1/2 20 А, .содержащий спектр свободных электронов и линий хрома, стоимость которого около 50 руб.

Однако этот фильтр не позволяет использовать способ при сварке цветных металлов и сплавов.

106 3554

Составитель Г йотченкова

Редактор М. Ткач Техред H.Яетелева Корректор В. Гири як

« » 4 М

Заказ 10406/13 Тираа 1106 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауюская наб,д, 4/5

Филиал ппп патент, у, ужгород, ул Проектная, 4